【Unity,C#】foreachがfor文に処理速度で勝つとき

はじめに

今回はforeachとfor文についての記事を書いていきたいと思います。

for文とforeachにはそれぞれ特徴があり、使い分けが必要ですよね。

確か私はfor文は高速だけど、foreachは可読性が高いといった教え方をされたような気がします。

ただふと疑問に思ったのです、「本当にfor文の方が高速なのか？」と。

というわけで実験をしていきます。

はじめに
環境
前提
実験①
foreachが勝つとき
for文を魔改造
さいごに
参考

環境

Unity2019.2.11f1
※普段UnityでC#を使うので、そちらでのパフォーマンスです。

前提

最初にややネタバレちっくですが、for文とforeachの機能はまったく違います。

・for文：ある条件が成立するまで繰り返す

・foreach文：ある列挙インターフェイスが列挙する要素を繰り返して1つ1つ取得する

foreachはIEnumerableインターフェイス（厳密にはGetEnumeratorメソッド）を実装していなければなりません。

そしてGetEnumeratorメソッドの返り値はEnumerator構造体(IEnumerator<T>とIEnumeratorを実装)なので、MoveNextメソッドとCurrentプロパティを実装、つまりは次のデータと現在のデータしか保持していないのです。（IDisposable，Resetメソッドもありますが省略します）

実験①

まずは普通にシンプルな勝負をしましょう。

using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
using System.Linq;

public class Test : MonoBehaviour
{
    private void Start()
    {
        List<int> target = Enumerable.Range(0, 10000000).ToList();
        int sum = 0;

        System.Diagnostics.Stopwatch sw = new System.Diagnostics.Stopwatch();

        sw.Start();
        for(int i = 0; i < target.Count; i++)
        {
            sum += target[i];
        }
        sw.Stop();
        Debug.Log($"for: { sw.ElapsedMilliseconds }ms");

        sw.Reset();
        sum = 0;

        sw.Start();
        foreach(var item in target)
        {
            sum += item;
        }
        sw.Stop();
        Debug.Log($"foreach: { sw.ElapsedMilliseconds }ms");
    }
}

結果は…

名前	処理時間(ms)
for	485
foreach	528

さすがfor文、foreachよりも早い速度を出してきました。

foreachが勝つとき

ただしランダムアクセス性がない(シーケンシャルアクセス)コレクションのときは結果が変わります。

ランダムアクセス性がないとは、numbers[1]みたく普通には要素番号を指定して要素を取得したりできないことです。例えばIEnumerable<T>ですね。

これを要素番号を指定するとなると、LinqのElementAt(IEnumerableの拡張メソッド)を使うしかないでしょう。

using UnityEngine;
using System.Linq;

public class Test : MonoBehaviour
{
    private void Start()
    {
        var numbers = Enumerable.Range(0, 10000000);
 
        int sum = 0;
        System.Diagnostics.Stopwatch sw = new System.Diagnostics.Stopwatch();

        sw.Start();
        for(int i = 0; i < numbers.Count(); i++)
        {
            sum += numbers.ElementAt(i);
        }
        sw.Stop();
        Debug.Log($"for: { sw.ElapsedMilliseconds }ms {sum}");

        sw.Reset();
        sum = 0;

        sw.Start();
        foreach(var item in numbers)
        {
            sum += item;
        }
        sw.Stop();
        Debug.Log($"foreach: { sw.ElapsedMilliseconds }ms {sum}");
    }
}

名前	処理時間(ms)
for	1578
foreach	539

foreachは先程とほぼ変わりませんが、for文は一気に遅くなってしまいましたね。

一応以下のようにコードを変更すれば少し早くなりますが、やはりforeachには勝てません。

int count = numbers.Count();
for(int i = 0; i < count; i++)
{
    sum += numbers.ElementAt(i);
}

名前	処理時間(ms)
for	1220
foreach	530

for文を魔改造

ただし、さらに工夫を重ねればforeachと並ぶことができます。

using UnityEngine;
using System.Linq;

public class Test : MonoBehaviour
{
    private void Start()
    {
        var numbers = Enumerable.Range(0, 10000000);
 
        int sum = 0;
        System.Diagnostics.Stopwatch sw = new System.Diagnostics.Stopwatch();

        sw.Start();
        var enumerator = numbers.GetEnumerator();
        for(;enumerator.MoveNext();)
        {
            sum += enumerator.Current;
        }
        sw.Stop();
        Debug.Log($"for: { sw.ElapsedMilliseconds }ms {sum}");

        sw.Reset();
        sum = 0;

        sw.Start();
        foreach(var item in numbers)
        {
            sum += item;
        }
        sw.Stop();
        Debug.Log($"foreach: { sw.ElapsedMilliseconds }ms {sum}");
    }
}